Siklotron merupakan akselerator melingkar yang menggunakan medan magnetik untuk membelokkan partikel bermuatan seperti proton dalam lintasan melingkar sambil dipercepat oleh medan listrik. Siklotron dikembangkan pada tahun 1930 dan digunakan untuk memproduksi partikel berenergi tinggi untuk eksperimen fisika dan aplikasi medis seperti PET.

1. PRINSIP KERJA CYCLOTRON SEBAGAI
AKSELERATOR MAGNETIK
Disusun Oleh :
KHAERUL ANSORY
JURUSAN FISIKA MEDIS
FAKULTAS TEKNIK DAN SAINS
UNIVERSITAS NASIONAL
JAKARTA

2. Prinsip Kerja Siklotron Sebagai Akselerator Magnetik
Pemahaman tentang struktur materi selalu berkembang bersamaan dengan
pengembangan mesin-mesin yang mampu mempercepat partikel-partikel
bermuatan dengan energi yang sangat tinggi. Dalam eksperimen-eksperimen
fisika inti sering diperlukan partikel penembak berenergi tinggi dimana
penembakan atom-atom dengan elektron-elektron dipercepat sampai beberapa
elektron volt sehingga dapat mengeksitasi elektron-elektron terluar dari atom
tersebut. Akselerator adalah alat yang dipakai untuk mempercepat gerak partikel
bermuatan seperti elektron, proton, inti-inti ringan, dan inti atom lainnya.
Mempercepat gerak pertikel bertujuan agar pertikel tersebut bergerak dengan
cepat sehingga memiliki energi kinetik yang sangat tinggi. Untuk mempercepat
gerak partikel ini diperlukan medan listrik ataupun medan magnet. Dilihat dari
jenis gerakan medan partikel, ada dua jenis akselerator, yaitu akselerator dengan
gerak partikelnya lurus (lebih dikenal sebutan akselerator liniear) dan gerak
partikelnya melingkar (akselerator magnetik) dengan jenis-jenisnya antara lain:
Betatron, Siklotron, Generator Netron, EULIMA dan HIMAC.
Siklotron merupakan salah satu jenis akselerator melingkar dan digunakan
untuk mempercepat partikel bermuatan listrik. Siklotron berbentuk melingkar
dengan menggunakan medan magnetik dalam menjaga agar ion-ion bermuatan
(biasanya proton) bergerak dalam lintasan.
Siklotron
Siklotron merupakan piranti untuk mempercepat gerak partikel bermuatan
listrik. Siklotron dikembangkan pada tahun 1930 oleh E. O. Lawrence (1901-
1958), dengan menggunakan sebuah medan magnetik untuk menjaga agar ion-
ion bermuatan (biasanya proton) bergerak dalam lintasan melingkar. Siklotron
merupakan alat untuk mempercepat partikel berat seperti : proton,deutron dan
partikel-partikel alpa, terdiri dari dua ruang semisilinder yang ditempatkan dalam
medan magnet.
Di antara kedua semisilinder diberi potensial listrik bolak-balik (104 volt). Ion
dalam semisilinder akan mengalami gaya magnet yang menyebabkan bergerak
dalam setengah lingkaran lalu dipercepat oleh medan lisrik E, masuk lagi ke

3. dalam medan magnet B dan bergerak milingkar dengan jari-jari lebih besar
(karena kecepan lebih besar). Partikel-pertikel bermuatan dibelokkan dalam
suatu lintasan melingkar oleh medan magnetik dan dipercepat oleh suatu medan
listrik setiap partikel-partikel yang melintasi celah.
Prinsip Kerja Siklotron
Gambar diagram sebuah siklotron:
Dua elektroda tembaga yang berbentuk D (D-shaped object) disebut dees,
ruangan seluruhnya di buat vakum (hampa udara). Kedua elektroda dihubungkan
dengan sumber tegangan bolak balik frekuensi tinggi. Partikel yang ingin di
percepat ditaruh ditengah-tengah siklotron (P). Dees tersebut dicelupkan di
dalam medan magnet yang arahnya keluar bidang.
Misalkan ada proton-proton bergerak dalam dua bidang setengah lingkaran
yang terpisah oleh suatu celah (dee). Setiap kali proton-proton lewat melintasi
celah di antara kedua bidang setengah lingkaran, suatu tegangan diberikan pada
proton-proton yang akan mempercepat proton-proton. Percepatan ini
meningkatkan kelajuan proton-proton dan juga jari-jari kelengkungan lintasan
proton-proton. Sekali proton tersebut berada di dalam dee, maka proton disaring
dari medan listrik oleh dinding logam dee, medan magnet tidak disaring sehingga
proton tersebut membelok berbentuk lingkaran yang jari-jarinya yang bergantung
pada kecepatan.

4. Setelah beberapa putaran, proton-proton memperoleh energi kinetik tinggi
(dalam orde 10 atau 20 MeV per satuan muatan listrik) dan tiba pada sisi terluar
siklotron. Proton-proton kemudian dapat menumbuk suatu sasaran yang
ditempatkan di dalam siklotron atau meninggalkan siklotron dengan bantuan
“magnet pembelok” dan diarahkan ke suatu sasaran eksternal. Tegangan yang
diberikan ke kedua bidang setengah lingkaran untuk menghasilkan percepatan
haruslah bolak-balik. Ketika proton-proton sedang bergerak ke kanan melintasi
celah, bidang yang kanan haruslah negatif dan yang kiri positif (medan listrik E
berarah dari polaritas + ke polaritas – dan untuk muatan positif seperti proton,
besar gaya pemercepat F = q E dan searah dengan arah medan listrik E).
Medan magnetik B, yang diberikan oleh sebuah elektromagnet besar,
berarah masuk dalam bidang kertas. A adalah sumber ion. Garis-garis gaya
menunjukkan medan listrik dalam celah. Setengah siklus berikutnya, proton-
proton bergerak ke kiri melintasi celah, sehingga bidang kiri haruslah negatif
supaya medan listrik pada celah tetap berfungsi mempercepat proton-proton.
Partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap
medan magnetik B menempuh lintasan melingkar dengan jari-jari r. Gaya
sentripetal penyebab gerak melingkar berasal dari gaya Lorentz, sehingga
diperoleh:

5. Waktu yang diperlukan untuk satu putaran lengkap adalah priode T, di mana:
Frekuensi f, dari tegangan bolak-balik yang diberikan harus sama dengan
frekuensi proton-proton yang bergerak melingkar. Dengan demikian, frekuensi
siklotron adalah :
dengan,
f = frekuensi siklotron (Hz)
q = muatan proton (1,6 x 10-19 C)
m = massa proton (1,67 x 10-27 kg)
B = induksi magnetik yang dihasilkan pasangan magnet (Wb/m2 atau T)
Frekuensi dari tegangan bolak-balik yang diberikan, tidak bergantung pada
jari-jari r. Karena itu, frekuensi tidak harus diubah ketika partikel (proton) mulai
dari sumber dan dipercepat untuk menempuh jari-jari yang makin lama makin
besar. Energi kinetik maksimum partikel bermuatan (proton) ketika keluar dari
siklotron, yaitu:

6. Energi kinetik yang diperlukan proton-proton sama dengan energi yang akan
diperoleh proton-proton jika proton-proton dipercepat melalui beda potensial
yang cukup besar.
Reaksi yang Dihasilkan Siklotron
Reaksi fisi merupakan reaksi pembelahan suatu inti berat ketika ditembaki
oleh partikel (proton) berenergi tinggi yang keluar dari Siklotron atau ketika
menyerap neutron lambat (terjadi dalam reaktor nuklir).
Contoh reaksi fisi ketika Li ditembaki proton:
Untuk berlangsungnya reaksi fisi di atas, diperlukan peralatan yaitu siklotron
untuk mempercepat proton.
Siklotron di Indonesia
Di Indonesia Siklotron terdapat di Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN),
dengan ruang khusus. Ruang Kontrol (Control room) Siklotron

7. Hasil tembakan berkas siklotron berdasarkan tingkat energinya
Manfaat Siklotron di Bidang Kesehatan
Perkembangan teknologi Siklotron di bidang kesehatan menjadi penting
setelah beberapa produksi radioisotop dengan waktu paro pendek mulai
dimanfaatkan dan sebagai dasar utama penggunaan PET (Positron Emission
Tomography). Penggunaan PET diawali dengan memproduksi radioisotop flour-
18. Radioisotop fluor-18 diproduksi dari isotop oksigen-18 dengan menggunakan
siklotron. Setelah fluor-18 selesai disiapkan, kemudian segera disuntikkan ke
pasien. Sebaran flour-18 didalam tubuh akan dideteksi dengan memasukkan
tubuh ke dalam rangkaian detektor elektronik berbentuk melingkar.

9. Daftar Pustaka
Morozov, N. Superconducting Cyclotron Therapy. 2010. (online) (diakses 11
Januari 2012)
(http://cyclotrons10.impcas.ac.cn/JACoWPub/talks/frm1cio03_talk.pdf)
Murniati. - . Diktat Mata Kuliah Pendahuluan Fisika Inti. Inderalaya: FKIP Fisika
UNSRI.
Mutalib, A. - . RADIOFARMASI. (online) (diakses 11 Januari 2012)
(http://www.scribd.com/doc/44148558/RADIOFARMASI)
Reny, Eka. - . Siklotron. (online) (diakses 11 Januari 2012)
(http://www.scribd.com/doc/45830637/SIKLOTRON)